UASB及斜板沉淀池设计计算

UASB反应器设计计算

已知参数：流量50m3/h，COD 10000mg/L,去除率80%，其他为给出参数视为满足UASB反应器进水要求或按设计规范取值。

设计计算

一、反应池容积

采用容积负荷计算法

m3

式中：V—反应器有效容积，m3；

Q--UASB反应器设计流量，m3/d；

Nv—容积负荷，kgCODCr/(m3·d)，取值为10 kgCODCr/(m3·d)；

S0—UASB反应器进水有机物浓度，mgCODCr/L。

沉淀池有效水深H=8m

A==m

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则反应器表面负荷为

q=m3/（m2·h）

由于是单个池子，采用圆形池子，则

D= 二、配水系统设计

本系统设计为圆形布水器，布水装置进水点距反应器池底200mm。每个进水口的布水面积为4m2，

Ｑ＝50 m3/h

(2)设计计算

布水系统设计计算草图见下图2.3：

孔数:

n=150/4＝38

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13.824

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则每个孔的出水量为1.316 m3/h，取孔口尺寸为15mm，则孔口面积为1.767×10-4m2，孔口流速为2.07m/s。设3个圆环， 3环各设9个，13个，16个孔口

内圈9个孔口设计

服务面积：S1=9×4=36m2

折合成服务圆直径为：

用此直径作一个虚圆，在该圆内等分虚圆面积处设一实圆环，其上布9个孔口，则圆的直径计算如下：

d1=4.79m

取管内流速为0.8m/s，则管径为

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.

取管径为75mm。 中圈13个孔口设计

服务面积：S2=13×4=52m2

折合成服务圆直径为：

d2=8.m

取管内流速为0.8m/s，则管径为

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.

取管径为100mm，则实际流速为0.605m/s。 中圈16个孔口设计

服务面积：S3=16×4=m2

折合成服务圆直径为：

d3=12.27m

取管内流速为0.8m/s，则管径为

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取管径为100mm。

三、三相分离器设计计算

1） 沉淀区的设计

沉淀器（集气罩）斜壁倾角 θ=45°

沉淀区面积： A=150m2

表面水力负荷

q=Q/A=50/150=0.33m3/(m2.h)<1.0 m3/(m2.h)

符合要求

2) 回流缝设计

取h1=0.5m h2=1.5m h3=2.5m

依据图中几何关系，则

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b1=h3/tanθ

式中：b1—下三角集气罩底水平宽度，

θ—下三角集气罩斜面的水平夹角

h3—下三角集气罩的垂直高度，m

b1=2.5/tan45=2.5m

b2=b－2b1=13.83－2×2.5=8.83m

下三角集气罩之间的污泥回流缝中混合液的上升流速v1,可用下式计算：

符合要求

上下三角形集气罩之间回流缝流速v2的计算：

v2=Q/S2

S2—上三角形集气罩回流缝面积（m2）

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CE—上三角形集气罩回流缝的宽度，CE>0.2m 取CE=1.8m

CF—上三角形集气罩底宽，取CF=10m

EH=CE ×sin45=1.8×sin45=1.273m

EQ=CF+2EH=10.0+2×1.273=12.6m

S2=3.14(CF+EQ) CE/2=3.14 ×(10.0+12.6) ×1.8/2=63.75m2

v2=50/63.75=0.784m/h

v23)确定上下集气罩相对位置及尺寸

BC=CE/cos45=1.8/cos45=2.6m

HG=(CF－b2)/2=（10-8.83）/2=0.585m

EG=EH+HG=1.273+0.585=1.858m

AE=EG/sin45=1.858/sin45=2.63m

BE=CE ×tan45=1.8m

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AB=AE－BE=0.83m

DI=CD×sin45=AB ×sin45=0.83× sin45=0.587m

h4=AD+DI=BC+DI=0.83+0.587=1.42m

h5=1.5m

4）气液分离设计校核

由反应区上升的水流从下三角形集气罩回流缝过渡到上三角形集气罩回流缝再进入沉淀区，其水流状态比较复杂。当混合液上升到A点后将沿着AB方向斜面流动，并设流速为va，同时假定A点的气泡以速度vb垂直上升，所以气泡的运动轨迹将沿着va和vb合成速度的方向运动，根据速度合成的平行四边形法则，则有：

要使气泡分离后进入沉淀区的必要条件是：

在消化温度为25℃，沼气密度 =1.12g/L；水的密度 =997.0449kg/m3；

水的运动粘滞系数v=0.00×10-4m2/s；取气泡直径d=0.01cm

根据斯托克斯（Stokes）公式可得气体上升速度vb为

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式中：vb—气泡上升速度（cm/s）

g—重力加速度（cm/s2）

β—碰撞系数，取0.95

μ—废水的动力粘度系数，g/(cm.s)由于废水的动力粘度系数一般比净水的大 μ=1.5vβ

水流速度 ,va=v2=0.784m/h

校核：

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四、出水堰设计计算

1）环形集水槽设计环形集水槽流量

槽宽

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图5 三相分离器设计计算草图

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取0.2m

（其中k为安全系数采用1.2-1.5）

槽中流速v=0.7m/s

槽内起点水深

槽内终点水深

所以设计取环形槽内水深为0.25m，集水槽总高度为0.25+0.2（超高，包括自由跌落）=0.45m。

出水溢流堰的设计

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2）出水三角堰

采用三角堰，开口90°，取出水堰负荷1.5(L/m·s)，则所需堰长为

l=13.9/1.5=9.27m

取堰出水液面宽0.1m，堰高0.1m，堰顶宽0.2m。则三角堰个数为

n=9.27/0.1=92.7 个 取93个。

堰长

L=93×0.2=18.6m

采用单侧环形出水堰，环形堰直径

D=18.6/π=5.9m

堰上水头

五、排泥系统设计

每日产泥量为

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产泥率f=0.15kg/kgBOD

则UASB总产泥量

x=fQ（S0-Se）=0.15×1200×0.8×10=1440(Kg干泥/d)

3（kg/m）污泥含水率99%.因为含水率大于95故污泥密度p=1000

污泥体积：Qs=1.44/(1-0.99)=144(m3/d)

⑵ 排泥管计算：

采用等距布孔，两根长度L=10m 的穿孔管。

①首端末端的集泥比ms取为0.5，由ms查得孔口总面积与穿孔管总面积比KW为0.72

② 由孔口直径d=25(mm)，

2d0.00049(m2)孔口面积f=4，

取：孔距X=0.4(m)

③ 孔眼数目:m=L/X=20/0.4=50(个)

④ 孔眼总面积：∑f=50×0.00049=0.0245(m2)

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⑤ 穿孔管断面积：a=∑f/Kw=0.0245/0.72=0.03403(m2)

⑥ 穿孔管直径：D==0.208(m) 取D=200（mm）。

六、 产气量计算

每日产气量

G=

式中：G—沼气流量；

Q—废水流量；

α—沼气产率,取α=0.5Nm3/kgCODcr；

S0—进水有机物浓度,mgCODcr/L;

Se—出水有机物浓度,mgCODcr/L

G=10000×0.8×0.5×1200×10-3 =4800 m3/d=200 （m3/h ）

储气柜容积一般按照日产气量的25%～40%设计，本设计取30%。

则储气柜体积为200×30%=60m3，储气柜的压力为2.5KPa。

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水封罐的设计

水封罐一般设置在消化反应器和储气柜之间起到调整和稳定压力兼作隔绝和排除冷凝水之用。

UASB大集气罩中出口气体压力为：p1=1（mH2O）

小集气罩出口压力为：p2=0.5(mH2O)

两者压差：p1-p2=0.5 (mH2O)

故：水封罐该两出气管的水封高度为0.5(mH2O),为了安全起见取最大水封1.0(mH2O)，取水封罐高度为2m.水封罐直径1800m,设进气管DN100两根，出气管DN150mm,一根进水管DN50mm，一根放空管DN50一根,并设液位计。

七、加热系统

设进水温度为15℃，反应器的设计温度为25℃。那么所需要的热量：

QH= dF×γF×( tr－t)×qv/η

式中：QH－加热废水需要的热量，KJ/h；

dF－废水的相对密度，按1计算；

γF－废水的比热容，kJ/(kg.K)；

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qv－废水的流量，m3/h

tr－反应器内的温度，℃

t－废水加热前的温度，℃

η－热效率，可取为0.85

所以 QH=1×4.2×（25－15）×50/0.85=2470.6（KJ/h）

每天沼气的产量为4800m3，其主要成分是甲烷，沼气的平均热值为22.7 KJ/L。

每小时的甲烷总热量为：200×22.7×103=4.×106（ KJ/h），因此足够加热废水所需要的热量。

八、 UASB附属装置设计

⑴ 取样管：为掌握UASB运行情况，在每个UASB上设置取样管，在距反应器底1.1m～1.2m位置污泥床内分别设置取样管四根，各管间距0.8m.取样管选用DN50钢管设置距地1m处，配球阀取样。

⑵ UASB的排空：由UASB池底临时接排泥泵排空。

⑶ 检修：

① 人孔：为了便于维修各UASB反应器在距地平0.8m,设人孔两个并配密封圈。

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②采光：为了保证间歇采光，除采用临时灯光外，还可不设顶盖。

③给排水：在UASB反应器布置区设置一根供水管供水冲洗及排空时使用。

斜板沉淀池设计计算

采用异向流斜板沉淀池

1. 设计所采用的数据

① 斜板沉淀池表面负荷较取q=3.0m3/（m2·h）

② 斜板有效系数η取0.8，η=0.6～0.8

③ 斜板水平倾角 θ=60°，斜板朝向进水端

④ 斜板斜长 L=1.0m

⑤ 斜板板距 P=100mm， P一般取50～150mm

⑥ 颗粒沉降速度 μ=0.4mm/s=0.0004m/s

2. 沉淀池面积

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式中 Q—进水流量，m3/h

q—表面负荷，m3/（m2·h）

0.91—斜板面积利用系数

设计取沉淀池的边长为6.0m

斜板数量

斜板安装角度为θ=60°，则池子与斜板的间距0.5m

沉淀时间

h2—斜板以上部分水深，取1m；

h3—斜板高度，0.866m

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污泥斗计算

设计4个污泥斗，污泥斗倾斜角度为60°，污泥斗下底面长a=1m，上底面长b=3m。

7.沉淀池总高度

m

式中：h1—保护高度（m），一般采用0.3～0.5m，本设计取0.3m；

h2—清水区高度（m），一般采用0.5～1.0m，本设计取1.0m；

h3—斜管区高度（m）；

h4—配水区高度（m），一般取0.5～1.0m，本设计取1.0m；

h5—排泥槽高度（m）。

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8.进出水系统

8.1 沉淀池进水设计

沉淀池进水采用穿孔花墙，孔口总面积：

式中 ： v—孔口速度（m/s），一般取值不大于0.05～0.15m/s。本设计取0.1m/s。

每个孔口的尺寸定为10cm×8cm，则孔口数孔位置应在斜管以下、沉泥区以上部位。

个。进水

8.2沉淀池出水设计

采用三角堰，开口90°，取出水堰负荷1.5(L/m·s)，则所需堰长为

l=27.8/1.5=18.53m

取堰出水液面宽0.1m，堰高0.1m，堰顶宽0.2m。则三角堰个数为

n=18.53/0.1=185.3 个 186

堰总长

L=186×0.2=37.2m

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采用4组双侧出水堰，则单堰长

L单=

堰上水头

集水槽中心距为1.0m。每条集水量为：

m3/s

考虑池子的超载系数为20%，故槽中流量为：

q，=1.2×0.007=0.0084 m3/s

槽宽：b=0.9q=0.9×0.00840.4=0.133m。取0.13m

0.4起点槽中水深 h1=0.75b=0.75×0.13=0.091m，

终点槽中水深h2=1.25b=1.25×0.13=0.16m

为了便于施工，槽中水深统一按h2=0.16m计。跌落高度取0.05m，槽的超高取0.15m。则集水槽总高度:

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H1=h2+0.05+0.15=0.36m

4条集水槽汇水至出水渠，出水渠的流量按0.028/s，假定集水渠起端的水流截面为正方形，则出水渠宽度为b=0.9Q0.4=0.9×0.0280.4=0.215m，取0.22m，起端水深0.16m，考虑到集水槽水流进入集水渠时应自由跌落高度取0.05m，即集水槽应高于集水渠起端水面0.05，同时考虑到集水槽顶相平，则出水渠总高度为：

H2=0.05+0.36+0.16=0.57m

9. 沉淀池排泥系统设计

采用穿孔管进行重力排泥，穿孔管横向布置于污泥斗底端，沿与水流垂直方向共设2根，双侧排泥至集泥渠。孔眼采用等距布置，穿孔管长4m，首末端集泥比为0.5，查得

k=0.72。取孔径d=25mm，孔口面积f=0.00049m²，取孔距s=0.3m，

孔眼数目:m=L/X=4/0.3=13.3(个) 取12个，每斗3个

孔眼总面积：∑f=12×0.00049=0.00588(m2)

穿孔管断面积：a=∑f/Kw=0.00588/0.72=0.00817

穿孔管直径：取D=150mm。

孔眼向下采用气动快开式排泥阀。

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